Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành khoa học, những
nghiên cứu và phát minh mới được công bố, kéo theo đó là những công nghệ mới
được ra đời. Sự phát triển nhanh chóng của xã hội và của khoa học kỹ thuật đòi hỏi
con người phải liên tục đổi mới về công nghệ cũng như phương thức hoạt động,
Ngành công nghệ thông tin cũng như điện tử viễn thông cũng không nằm ngoài
quy luật đó. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền tin, và yêu cầu về
thông tin cần được trao đổi trong xã hội, đòi hỏi phải có những mạng mới, những
công nghệ mới đưa vào sử dụng để đáp ứng cho những nhu cầu đó, song nếu sự ra
đời của các mạng mới mà không có sự thay đổi về băng thông, đường truyền thì
cũng sẽ không đáp ứng được về dung lượng truyền dẫn cho các mạng đó hoạt động
một cách hiệu quả nhất. Với những yêu cầu bức thiết đó thì mạng thông tin quang
đã được ra đời và đưa vào sử dụng mạnh mẽ trong những năm gần đây. Mạng
thông tin quang ra đời đã giải quyết được vấn đề về băng thông đường truyền cho
các nghành thông tin truyền thông ở trên thế giới cũng như tại Việt Nam.
Với băng thông lớn dung lượng dồi dào, thì mạng thông tin quang đã đáp
ứng được nhu cầu về trao đổi thông tin cho xã hội. Song để khai thác hết tiềm năng
viễn thông này đòi hỏi phải có những công nghệ và phương thức mới đưa vào sử
dụng để có được hiệu quả cao nhất. Có rất nhiều công nghệ ghép kênh đã được sử
dụng như: ghép kênh theo thời gian OTDM, ghép kênh theo tần số OFDM, song
vẫn chưa thể đáp ứng cho nhu cầu về truyền dẫn, chi phí lắp đặt còn quá cao mà
hiệu quả lại khôn cao không tận dụng hết dải thông của nguồn ánh sáng. Với sự ra
đời của phương thức ghép kênh theo bước sóng WDM thì phần nào đã giải quyêt
được vấn đề này, Đây là phương thức ghép kênh mà các tín hiệu quang được phân
chia thành các bước sóng và sau đó được ghép vào trên cùng một sợi quang và
được truyền đi. với phương thức mới này thì nó đã phần nào đáp ứng được băng
thông truyền dẫn tín hiệu. Nhưng nó vẫn chưa phải là phương thức hiệu quả nhất,
bởi nó vẫn còn những nhược điểm cần phải khắc phục, và hơn nữa chưa tận dụng
hết dải thông của nguồn ánh sáng. Trong tương lai sẽ có những phương thức mới sẽ
SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN

CHNG I: CC PHNG PHP TRUYN DN TN HIU
TRONG SI QUANG
I. NGUYấN Lí TRUYN SểNG NH SNG TRONG S QUANG
Nguyên lí truyền sóng ánh sáng trong sợi cáp là để ánh sáng truyền từ đầu
sợi đến cuối sợi quang không bị mất ở lớp vỏ thì phải dựa vào hiện tợng phản xạ
ánh sáng toàn phần. Nh ở phần nói về hiện tợng phản xạ toàn phần (III, Chơng I)
đã trình bày về điều kiện để xảy ra hiện tợng phản xạ toàn phần là:
+ n
1
> n
2
+ Góc tới lớn hơn góc tới hạn.
Do đặc điểm cấu tạo của sợi quang đã có điều kiện là n
1
> n
2
. Vậy chỉ còn
điều kiện là góc tới
t
phải lớn hơn góc tới hạn
th
(
t
>
th
). Nên ngời ta đa ra
khái niệm gọi là khẩu độ số NA (Numerical Aperture) nghĩa là khả năng ghép
luồng bức xạ quang vào sợi.
áp dụng công thức : Snelious để tính N:
Hình 2 - 5

n
n
1.nSin
n
n
1Sin1Cos
1
2
1
2
2th
2
1
2
2
2
1
2
2
1th
2
1
2
2
t
2
t
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
3
n

ợc hiểu là một trạng thái dao động điện từ ứng với nghiệm của phơng trình sóng
và số lợng các mode có quan hệ với các sóng điện từ đơn thoả mãn các phơng
trình Maxwell và điều kiện bờ từ sợi quang.
Các mode của các sóng điện từ có thể chia ra mode với tổn hao thấp.
Mode vỏ với tổn hao cao và các mode rò có đặc tính của cả hai loại mode trên.
Dĩ nhiên khi đa ánh sáng vào sợi quang thì phần lớn năng lợng tập trung trong
ruột sợi, còn phần năng lợng rò ra vỏ tạo ra mode vỏ và mode rò bị dập tắt ngay.
Ngời ta chú ý đến các mode đợc truyền dẫn trong ruột sợi và các mode lan
truyền có những đặc tính sau :
Các mode hoàn toàn độc lập với nhau.
Mỗi mode có một tốc độ lan truyền rộng.
Mỗi mode chỉ tồn tại cho một bớc sóng xác định của nguồn sáng.
Thực tế phải tồn tại một bớc sóng giới hạn
g
sao cho các bớc sóng của các
mode đều phải tuân theo điều kiện >
g
.
Số lợng các mode lan truyền trong sợi quang phụ thuộc vào tỷ số d
k
/ nên
d
k
lớn hơn nhiều thì sợi cho vô số mode truyền qua, còn khi d
k
rất nhỏ thì chỉ
có một mode cơ bản đợc truyền qua (sợi đơn mode). Ngời ta định nghĩa tham số
cấu trúc V hay còn gọi là tần số chuẩn hoá:



th
nn 2
405,2
n.d.M
arcsin =
Sợi GI có
2
1th
)
a
r
(1 2.narcsin =
Mà nh ta biết khẩu độ số NA = Sin
th
Nh vậy sợi SI có
== .2.nnnNA
1
2
2
2
1
Giá trị của NA nằm trong giới hạn từ 0,2ữ0,37.
Còn sợi GI có
2
1
)
a
r
(1.nNA =
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN

có đỉnh gặp đỉnh thì sẽ càng tăng cờng chạy đến cuối đờng sợi mà ta gọi là các
mode.
Về phơng tiện truyền sóng, có thể nói mode đợc đặc trng bởi sự phân bố c-
ờng độ ánh sáng trên mặt cắt ngang của sợi và đợc lan truyền với tốc độ xác
định.
Xa hơn nữa, xét về phơng diện truyền dẫn thì mode sẽ trở thành tải tin khi
điều biến, nh thế trên sợi đơn mode có một tải tin còn trên sợi đa mode thì có rất
nhiều tải tin, mỗi tải tin ứng với một bớc sóng nhất định.
III. các thông số của Sợi quang
3.1. Suy hao của sợi quang:
3.1.1.Định nghĩa:
Khi truyền ánh sáng trong sợi quang, công suất ánh sáng giảm dần theo cự
ly với quy luật của hàm số mũ nên ánh sáng bị suy hao. Biểu thức tổng quát của
hàm số truyền công suất có dạng:
P(L)=P(0).10
-

.
1/10
Trong đó : P(0) là công suất ở đầu sợi (L)
P(L) là công suất ở cự ly L tính từ đầu sợi
: Hệ số suy hao.
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
6
P
1
= P(1) P
1
= P(1)
L

Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ
ánh sáng. Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất
và các bớc sóng ánh sáng truyền qua nó.
Sự hấp thụ của các ion OH, độ hấp thụ tăng vọt ở các bớc sóng 950nm,
1240 và 1400nm.
Bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và
hồng ngoại. Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh hớng sử
dụng các bớc sóng dài trong thông tin quang.
b. Suy hao do tán xạ.
Suy hao do tán xạ hay còn gọi là tiêu hao tán xạ Rayleigh, xuất hiện do
ảnh hởng của những chỗ không đồng nhất còn xót lại trong giai đoạn làm nguội
sợi hay những chỗ hàn nối sợi quang không chuẩn. Kích thớc của các chỗ không
đồng nhất còn nhỏ hơn bớc sóng ánh sáng. Vùng hồng ngoại nhiều nên khi bớc
sóng tăng thì tiêu hao này giảm nhỏ rất nhanh, tỷ lệ nghịch với số mũ bậc 4 của
bớc sóng :


=
0
0txtx
)()(
Và tỷ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bớc sóng nên giảm nhanh về phía
bớc sóng dài nh hình 2-7
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
7
Trng Cao ng PT-TH I GVHD: Ngụ Th Lnh
Hình 2 6: Suy hao do tán xạ reyleigh
Suy hao do mặt phân cách giữa các lõi và lớp vỏ bọc không hoàn hảo, lúc
đó tia sáng sẽ bị tán xạ. Lúc nạy một tia tới có nhiều tia phản xạ với các góc
phản xạ khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới sẽ khúc xã ra lớp

2
(nm
)
Trng Cao ng PT-TH I GVHD: Ngụ Th Lnh
so với bớc sóng 1300nm. Nhng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặc biệt
có thể giảm độ tán sắc ở bớc sóng 1550nm. Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có
lợi : Suy hao thấp và tán sắc nhỏ. Bớc sóng 1550nm sẽ đợc sử dụng rộng rãi
trong tơng lai.
Hình 2 7: Đặc tuyến suy hao (phổ suy hao) của sợi quang
3.2.Tán sắc (Dispersion).
Khi truyền dẫn các tín hiệu Digital quang, xuất hiện hiện tợng giãn xung ở
đầu thu, thậm chí trong một số trờng hợp các xung lân cận đè lên nhau. Khi đó
không phân biệt đợc các xung với nhau nữa, gây nên méo tín hiệu khi tái sinh.
Hiện tợng giãn xung này gọi là hiện tợng tán sắc. Đối với tín hiệu Analog thì ảnh
hởng của tán sắc làm biên độ tín hiệu ở đầu thu giảm nhỏ và có tín hiệu dịch pha.
Hình 2 8: ảnh hởng tán sắc lên tín hiệu digital(a) và analog(b). S chỉ tín
hiệu phát, A chỉ tín hiệu thu. a: Dẫn xung, b: xụt biên độ.
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
9
0

S

E
t
P
A
S
E


2
s
=
Xung phân bố Gauss có phân bố biên độ là :
)36,0/texp(
P
P
22
max
=
Sau khi truyền qua sợi quang. Coi gần đúng nh một bộ lọc thông thấp
Gauss tại mức suy hao 3 dB, độ rộng băng truyền dẫn B có quan hệ với nh sau:


26,2
1
B
Khi đồng thời có nhiều hiệu ứng tán sắc tác động thì tán sắc tổng cộng là:

=++=
1
B.và
212
Ngời ta cũng định nghĩa một đại lợng đặc trng cho dung lợng truyền dẫn
của sợi quang là tốc độ bit có thể truyền dẫn lớn nhất C bit/s
Do ảnh hởng của tán sắc, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng, nhng
hai xung kề nhau còn phân biệt đợc khi độ giãn xung còn nhỏ hơn độ rộng
xung phát đi từ đó có tốc độ bit là:
C=1/
s

C
L
t
1
với
2
1
2
2
2
1
n
nn
=
Độ trải xung do tán sắc mode d
mat
là:
=

= .
C
n
L
t
d
1
mat
Độ tán sắc mode là :
8
.

.
C
Md


==
Trong đó n() là chiết suất lõi.
ở bớc sóng 850nm độ tán sắc chất liệu khoảng (90ữ120) ps/nm.Km, ở b-
ớc sóng 1300nm độ tán sắc chất liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng nhng ngợc dấu
lên tán sắc sắc thể bằng không. Còn ở bớc sóng 1550nm độ tán sắc này khoảng
20 ps/nm.Km.
* Tán sắc do tác dụng của ống dẫn sóng: Sự phân bố năng lợng ánh sáng
trong sợi quang phụ thuộc vào bớc sóng. Sự phân bố này gây nên sự tán sắc ống
dẫn sóng.
Tán sắc do ống dẫn sóng nhỏ và chỉ đáng chú ý với sợi đơn mode.
3.2.2.Độ tán sắc tổng cộng đợc tính theo công thức:
Độ tán sắc tổng cộng đợc tính theo công thức
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
11
Trng Cao ng PT-TH I GVHD: Ngụ Th Lnh
2
chr
2
mod1t
DCDD +=
với D
chr
=D
mat
+D

thiên tán sắc theo bớc sóng nh hình (2-9).
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
12
- 12
4
8
12
- 4
- 8
1200
1600
1500
1400
1300
dchr
1
3 2
(nm
)
Trng Cao ng PT-TH I GVHD: Ngụ Th Lnh
3.3. Dải thông của sợi quang
Sợi quang đợc xem nh hàm truyền đạt
)fm(P
)fm(P
)fm(H
1
2
=
P
1

là dải
thông ứng với một đơn vị độ dài (thờng là 1km).
)km.GHZ(L.BB
y
1

=
Thừa số y có giá trị từ 0,5 đến 1 phụ thuộc vào chiều dài của sợi thờng
y = 0,6ữ0,8
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
13
1
1
0,5
0
B
fm
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
a. Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi
Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng
trên một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (như hình 2.4), ở đầu phát
các tín hiệu có bước sóng quang khác nhau và đã được điều chế
1
λ
,
2
λ
, ,
n
λ

dụng cao hơn, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. Ở phía phát, các
thiết bị ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ
ghép kênh. Ở phía thu, các bộ tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các
bước sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt
với các bước sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các
bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn
định.
Hệ thống WDM được thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây ra
suy hao truyền dẫn. Ngoài việc đảm bảo suy hao xen của các thiết bị thấp, cần
phải tối chiều trên một sợi, do đó hệ thống này có khả năng ít được lựa chọn khi
thiết kế tuyến. thiểu hoá thành phần công suất có thể gây ra phản xạ tại các phần tử
ghép, hoặc tại các điểm ghép nối các module, các mối hàn , bởi chúng có thể làm
gia tăng vấn đề xuyên kênh giữa các bước sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm
trọng tỉ số S/N của hệ thống. Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ
thống WDM truyền dẫn hai
Ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bước sóng
như bộ ghép bước sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. Như vậy hiểu
đơn giản, từ “bộ ghép - multiplexer” trong trường hợp này thường được sử dụng
SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN
15
Hình 2.5. Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
ở dạng chung để xét cho cả bộ ghép và bộ tách; loại trừ trường hợp cần thiết
phải phân biệt hai thiết bị hoặc hai chức năng. Người ta chia loại thiết bị
OWDM làm ba loại: Các bộ ghép (MUX), các bộ tách (DEMUX) và các bộ
ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX được sử dụng
trong các phương án truyền dẫn theo một hướng, còn loại thứ ba MUX-DEMUX
được sử dụng cho các phương án truyền dẫn theo hai hướng. Hình 2.6 mô tả
thiết bị ghép/tách hỗn hợp.
4. Đặc tính truyền dẫn của sợi quang

Các thông tin cần truyền nh tiếng nói, tín hiệu truyền thanh, truyền hình,
truyền số đều đợc sử lý thành tín hiệu và ghép với nhau thành chùm tín hiệu tốc
độ cao nhờ kỹ thuật PCM. Hiện tại có hai hệ thống ghép kênh PCM cơ bản là
PCM - 30 với tốc độ cơ sở là 2,048 Mbit/s và PCM - 24 với tốc độ 1,544Mbit/s.
Các hệ thống này đều là ghép kện truyền dẫn không đồng bộ. Khi ghép các
luồng tốc độ nhỏ để có luồng tốc độ cao hơn cần phải phối hợp tốc độ các luồng
bằng cách đa các bit chèn và bit báo chèn bổ xung.
Các hệ thống truyền dẫn digital đợc sử dụng ở VN đều là loại xây dựng
theo ghép kện cơ sở PCM - 30 của Châu âu, trog đó kênh thoại đợc truyền với
tốc độ 64 Kbit/s dới dạng digital. Tín hiệu truyền thanh chất lợng cao đợc truyền
dẫn với tốc độ 384 Kbit/s tơng đơng với 6 kênh thoại. Còn tín hiệu truyền hình
màu đợc truyền với tốc độ 34 Kbit/s nhờ kỹ thuật DPCM (điều xung mã vi
phân).
1.3. Phần truyền dẫn quang:
Sử dụng nguyên lý điều biến quang trực tiếp ở đầu thu và giải điều trực
tiếp ở đầu thu sau khi các tín hiệu điện đã đợc số hoá. Điều đó có nghĩa là thực
hiện điều biến quang.
Cũng nh trong thông tin điện, quá trình điều biến một nguồn quang la làm
thay đổi luồng bức xạ theo thời gian nhờ một tín hiệu điện, thờng là tín hiệu có
ích. Nh thế luồng bức xạ quang là một tải tin. Trong thông tin điện thế tín hiệu
tin tức điều khiển biên độ hoặc tần số hoặc pha của tải tin, còn trong thông tin
quang thì hiệu tin tức điều khiển cờng độ hoặc điều biến pha.
Các phần tử đều truyền dẫn bằng rộng và ngời ta cần có cự ly khoảng lặp
lớn nên các phần tử của hệ thống đều đợc chọn cẩn thận:
Sợi quang là sợi đơn mode, làm việc ở bớc sóng là 1,3àm hoặc 1,55àm với
tán xạ dịch chuyển.
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
17
Trng Cao ng PT-TH I GVHD: Ngụ Th Lnh
Diode phát quang là diode laser đơn mode.

Trên hình 5.2 giới thiệu các khối chức năng của thiết bị trạm đầu cuối. Tại
đầu vào F
2
- a phía ghép kênh có một chuỗi xung tín hiệu điện đa đến. Tín hiệu
này là một dạng mã truyền dẫn theo khuyến nghị của CCITT có thể có nhiều
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
18
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
Trạm đầu
cuối A
Cáp

quang
Cáp


19
Sửa
dạng
Đổi
mã
B/U
Ngẫu
nhiên
hoá
Mã
hoá
Kích
thich
E/O
O/E
Chuyển
đổi nhịp
Tách
nhịp
Điều chỉnh
công suất laser
Giám sát
Tái tạo
nhịp
Nghiệp vụChuyển
đổi nhịp
Giải ngẫu
nhiên hoá
Đổi mã
U/B

Trên hình 5.3 sau là sơ đồ một trạm lắp. Các khối chức năng thu phát của
nó giống nh trạm đầu cuối. Các bộ ngẫu nhiên hoá, giải ngẫu nhiên mã hoá và
giải không cần có, vì trạm này không cần lấy thông tin ra. Tại đây có chức năng
giám sát mã truyền dẫn để đảm bảo chất lợng truyền dẫn.
Hình 2.2: Các khối chức năng
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
20
Tiền
khuyếch đại
Khuyếch đại
chính
Tái sinh
biên độ
Tái sinh
thời gian
Điều chỉnh
Laser
Tái tạo
nhịp
Giám sát
Điều chỉnh
Laser
Tái tạo
nhịp

Kích
thích
Tái sinh
thời gian
Khuyếch đại

tách nhịp thờng là các bộ tạo sóng L - C hoặc thạch anh chất lợng cao. Có thể sử
dụng mạch vòng khoá pha PLL, đó là một điều chỉnh theo pha là mộ bộ dao
động có tần số và pha đợc đồng bộ với tín hiệu vào mạch này thực chất là một bộ
dao động điều khiển điện áp VCO ( Voltage contrrolled oscillator) và một bộ
tách sóng pha có nhiệm vụ so sánh dịch pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của
VCO. Mạch điều chỉnh sẽ khắc phục sự chênh lệch của tần số pha.
2.4 it LED
it phỏt quang LED l ngun phỏt quang rt phự hp cho cỏc h thng
thụng tin quang tc khụng quỏ 200Mbit/s s dng si dn quang a mode
2.5 it Lased
SV: inh Vn Chỡnh TVT 5B-HN
21
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
3 Thiết bị thu quang
3.1. Photodiode PIN
Hình 3.1: Sơ đồ vùng năng lượng của Photodiode PIN.
3.2. Photodiode APD
SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN
Hấp thụ
E
2
Phát xạ tự
phát
Phát xạ kích thích
E
1
E
2
E
2

n
Trở
tải
I
P
22
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
Hình 3.2: Cấu trúc Photodiode thác và điện trường trong vùng trôi.
3.3 Đặc tính và tham số cơ bản của thiết bị thu quang
3.3.1 Hiệu suất lượng tử
Hiệu suất lượng tử được định nghĩa là tỷ số điện tử được sinh ra trên số
photon được hấp thụ.Thường các điốt đạt hiệu quả khoảng 60% đến 80%.
3.3.2 Bộ thu quang trong truyền dẫn tín hiệu số

SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN
Hình 3.3 sơ đồ khối của bộ thu quang điển hình trong truyền dẫn
số.
23
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
3.4 Kết luận chương
Việc xem xét các đặc tính kỹ thuật của thiết bị thu quang là một yếu tố
rất quan trọng. Chất lượng của hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào các thiết bị thu
quang mà ở đây ta xét chủ yếu đến LD
SV: Đinh Văn Chình ĐTVT 5B-HN
24
Trường Cao đẳng PT-TH I GVHD: Ngô Thị Lành
PHẦN II. PHẦN THỰC TẾ
Trung tâm truyền hình cáp Đông Anh
Khái quát về mạng truyền hình cáp.
I, Mạng truyền hình cáp có cấu trúc cơ bản.

Amp
Tap